DE29518979U1 - Drill string consisting of segments - Google Patents
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Description
DMT-GeseHschaft für Forschung und Prüfung mbH, Franz-Fischer-Weg 61, 45307 EssenDMT-Gesellschaft für Forschung und Prüfung mbH, Franz-Fischer-Weg 61, 45307 Essen
21.08.1995 ZK-FP/7/95 Ha/Lü21.08.1995 ZK-FP/7/95 Ha/Lü
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern, insbesondere unter räumlich beengten Verhältnissen, die im wesentlichen aus einem an einer Führung verfahrbaren Bohrmotor sowie einem, an dem dem Gebirge zugewandten Ende eine Bohrkrone tragenden, aus Segmenten zusammensetzbaren Bohrstrang besteht, und die Segmente über an den Enden miteinander korrespondierende Führungselemente und zahnartig ineinandergreifende Verbindungsteile durch Spannzangen aus einem flexiblen, in einen starren Bohrstrang verformbar sind, und in den Segmenten ein Zugkräfte aufnehmender, mehrschichtiger Spülschlauch mit mindestens zwei Schichten aus entgegegengesetzt, spiralförmig verlaufenden Drähten angeordnet ist.The invention relates to a device for producing boreholes, in particular in confined spaces, which essentially consists of a drilling motor that can be moved on a guide and a drill string that can be assembled from segments and that carries a drill bit at the end facing the rock, and the segments can be deformed from a flexible drill string into a rigid drill string by means of collets via guide elements that correspond to one another at the ends and connecting parts that mesh like teeth, and a multi-layer flushing hose that absorbs tensile forces and has at least two layers of opposite, spiral-shaped wires is arranged in the segments.
Die gattungsgemäße Vorrichtung ist in der DE-PS 39 05 999 näher beschrieben.The generic device is described in more detail in DE-PS 39 05 999.
Beim Herstellen von Bohrungen mit einer derartigen Vorrichtung, insbesondere unter Verwendung eines aus Segmenten zusammensetzbaren, und im Bereich der BohrmaschineWhen drilling holes with such a device, in particular using a device that can be assembled from segments, and in the area of the drilling machine
verstarrbaren, aber unterhalb der Maschine flexibel verlegbaren Bohrstrang haben sich verschiedene Nachteile herausgestellt.. Die Verbindung der Segmente zu einem starren Bohrstrang wird durch innerhalb der Segmente vorgesehene Führungselemente und äußere Verbindungselemente in Form von Verzahnungen erreicht.A number of disadvantages have emerged with a drill string that can be rigidly installed but can be laid flexibly underneath the machine. The connection of the segments to form a rigid drill string is achieved by guide elements provided within the segments and external connecting elements in the form of gears.
Als Führungselemente können durchbohre Zentrierkugeln und mit den Zentrierkugeln korrespondierende Schalen verwendet werden. Bei Verzicht auf derartige spezielle Führungselemente müssen die Verzahnungen radial verstärkt ausgeführt werden.Drilled centering balls and shells corresponding to the centering balls can be used as guide elements. If such special guide elements are not used, the gear teeth must be made radially reinforced.
Die aus ineinandergreifenden rechteckigen Verzahnungen der einzelnen Segmente waren insbesondere durch deren Vielzahl zu schwach ausgebildet, verschlissen, oder brachen weg7 wodurch der in den Segmenten mitgeführte Spülschlauch übermäßig beansprucht und zusätzlich ausgelängt wurde.The interlocking rectangular teeth of the individual segments were, particularly due to their large number, too weak, worn out or broke off 7 , which placed excessive strain on the flushing hose carried in the segments and caused it to become even longer.
Der bisher in den Segmenten zum Transport eines Druckmittels, in Form von Luft oder Wasser, sowie zur Führung der Segmente angeordnete Spülschlauch unterliegt, da die Segmente drehbar und verschiebbar auf ihn angeordnet sind, einem sehr großen Verschleiß, zumal beim Abbohren von horizontal und abwärts geführten Bohrlöchern der verstarrte Bohrstrang über den Spülschlauch aus dem Bohrloch gezogen werden muß. Aus diesem Grund wird der Spülschlauch mit entsprechend hohen Zugkräften beaufschlagt.The flushing hose, which has previously been arranged in the segments to transport a pressure medium in the form of air or water, as well as to guide the segments, is subject to very high wear and tear because the segments are arranged on it in a way that allows them to rotate and move, especially when drilling horizontal and downward boreholes, the rigid drill string has to be pulled out of the borehole via the flushing hose. For this reason, the flushing hose is subjected to correspondingly high tensile forces.
Die bisher verwendeten Spülschläuche bestehen aus einem Kunststoffinnenschlauch, auf dem zwei Runddrahtschichten gewickelt sind, die wiederum von einer Kunststoffummantelung umgeben sind. Die beiden Runddrahtschichten aus dünnen Runddrähten sind sehr eng gewickelt, weisen eine geringe Steigung auf, wobei die beiden Schichten jedochThe flushing hoses used to date consist of a plastic inner hose on which two layers of round wire are wound, which in turn are surrounded by a plastic sheath. The two layers of round wire made of thin round wires are wound very tightly and have a slight pitch, but the two layers
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entgegengesetzt, spiralförmig gewickelt sind. Durch die geringe Steigung der Runddrahtschichten und deren schwache Ausbildung werden durch die auftretenden Zugkräfte die Spülschläuche in unvorhergesehenem Maße gelängt. Durch die Längung des Spülschlauches wiederum stimmte der vorgesehene Abstand zwischen den zu einem verstarrten Bohrstrang verformbaren Segmenten und den nachgeführten Segmenten nicht mehr, d. h. die Hublänge der Spannzangen wurde zu kurz oder es mußte zu schnell nachgefaßt werden. Alternativ mußte auf den ausgelängten Schlauch ein weiteres Segment aufgesetzt werden, was jeweils zeitaufwendig und von der Handhabung jeweils sehr umständlich ist. Ein weiterer Nachteil bei der bisherigen Anordnung des Spülschlauchs innerhalb der Segmente war der Quetscheinband des Spülschlauches innerhalb des die Bohrkrone aufnehmenden Führungssegmentes. Durch die auf den Spülschlauch wirkenden Zugkräfte wurde der Innenquerschnitt des Spülschlauches verändert. Des weiteren bildeten der herkömmliche Spülschlauch aufgrund fehlender Steifigkeit keine ausreichende Führung für die ineinandergreifenden Segmente.opposite, spirally wound. Due to the low pitch of the round wire layers and their weak formation, the resulting tensile forces cause the flushing hoses to be stretched to an unforeseen extent. Due to the elongation of the flushing hose, the intended distance between the segments that can be deformed into a rigid drill string and the segments that are being moved was no longer correct, i.e. the stroke length of the collets was too short or they had to be re-gripped too quickly. Alternatively, another segment had to be put on the stretched hose, which is time-consuming and very difficult to handle. Another disadvantage of the previous arrangement of the flushing hose within the segments was the crushing band of the flushing hose within the guide segment that holds the drill bit. The tensile forces acting on the flushing hose changed the internal cross-section of the flushing hose. Furthermore, the conventional flushing hose did not provide sufficient guidance for the interlocking segments due to a lack of rigidity.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen aus Segmenten bestehenden Bohrstrang zu schaffen, der durch Ausbildung der Segmente und insbesondere durch die Gestaltung des Spülschlauchs die oben genannten Nachteile vermeidet, und somit ein effektiveres und wirtschaftlicheres Bohren ermöglicht.In contrast, the invention is based on the object of creating a drill string consisting of segments which by forming the segments and in particular by designing the flushing hose, avoids the disadvantages mentioned above and thus enables more effective and economical drilling.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die den Bohrstrang bildenden Segmente Verbindungsteile mit einer Dreier-Verzahnung aufweisen, und daß die innere der Drahtschichten aus nebeneinander verlaufenden, eine Spirale mit großer Steigung bildenden Runddrähten, und die äußere, die Runddrähte einfassende Schicht aus im Abstand gewickelten Flachdraht bestehen, wobei die FlachdrahtschichtThis object is achieved according to the invention in that the segments forming the drill string have connecting parts with a three-way toothing, and that the inner of the wire layers consist of round wires running next to each other, forming a spiral with a large pitch, and the outer layer, enclosing the round wires, consists of flat wire wound at a distance, whereby the flat wire layer
der Schicht aus Runddrähten entgegengesetzt gewickelt ist, und eine geringe Steigung aufweist.the layer of round wires is wound opposite to the one and has a slight pitch.
Anstelle der bisher verwendeten Runddrahtschichten aus dünnen Drähten verhindert nunmehr die aus eng nebeneinander angeordneten Runddrähten größeren Durchmessers bestehende Runddrahtschicht aufgrund der spiralförmigen Anordnung mit großer Steigung, die durch in Abstand und spiralförmig entgegengesetzt gewickelte Flachdrähte gehalten wird, eine unnötige Längung des Spülschlauches, wobei gleichzeitig die Stabilität und die dadurch gewährleistete Führung für die Segmente verbessert wird.Instead of the previously used round wire layers made of thin wires, the round wire layer now consists of round wires of larger diameter arranged closely next to one another, which prevents unnecessary elongation of the flushing hose due to the spiral arrangement with a large pitch, which is held at a distance and spirally wound in opposite directions, while at the same time improving the stability and the resulting guidance for the segments.
Die Kunststoffaußenschicht greift in die Abstände zwischen den Flachdrähten ein, und trägt somit zur Stützung und Stabilität des gesamten Schlauchverbandes bei.The plastic outer layer fits into the gaps between the flat wires and thus contributes to the support and stability of the entire tubular bandage.
Durch die Verbesserung und Stabilisierung der Dreier-Verzahnung mit in Drehrichtung senkrecht verlaufenden Kanten und auf der in Drehrichtung abgewandten Seite angeordneten Abschrägungen wird der Verschleiß gemindert, die Kraftübertragung verbessert und darüber hinaus insbesondere durch die Abschrägungen bedingt ein besseres Eingreifen der Segmente ermöglicht.By improving and stabilizing the three-tooth system with edges running vertically in the direction of rotation and bevels arranged on the side facing away from the direction of rotation, wear is reduced, power transmission is improved and, in particular due to the bevels, better engagement of the segments is enabled.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehe, daß die drehbare, aber unverschiebbare Verlagerung des Spülschlauches in dem die Bohrkrone tragenden Führungssegment keine Querschnittsverringerung mehr erlaubt.A particular advantage of the invention is that the rotatable but non-displaceable displacement of the flushing hose in the guide segment carrying the drill bit no longer allows a reduction in cross-section.
Das Ende des Spülschlauchs mit den um 180° umgebogenen Runddrähten, die zusätzlich in Kunstharz ausgegossen sind, wird in einer dem vergrößerten Innendurchmesser des Führungssegmentes angepaßten Hülse verlagert, wobei zusätzlich zwischen dem Innenschlauch und den RunddrähtenThe end of the flushing hose with the round wires bent by 180°, which are additionally cast in synthetic resin, is moved in a sleeve adapted to the enlarged inner diameter of the guide segment, whereby between the inner hose and the round wires
eine Zwischenhülse vorgesehen ist. Die den Schlauch aufnehmende Hülse stützt sich auf einer rundum verlaufenden Lagerfläche, in dem Segment ab und ist auf diese Weise auch bei Auftreten großer Zugkräfte unverschiebbar, jedoch drehbar in dem Führungssegment gelagert.an intermediate sleeve is provided. The sleeve that holds the hose rests on a bearing surface that runs all the way around the segment and is thus immovable, even when large tensile forces occur, but is rotatably mounted in the guide segment.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß am Ende des Spülschlauchs zwischen dem Druckmittelanschluß und dem letzten der den Bohrstrang bildenden Segmente eine die Länge des Spülschlauchs beeinflussende Verstelleinrichtung angeordnet ist. Diese Verstelleinrichtung gleicht eine gewisse nicht zu vermeidende Längung des Spülschlauchs dahingehend aus, so daß auf diese Weise die eingangs beschriebenen, mit der Längung des Spülschlauches auftretenden Nachteile vermieden werden.A further advantage of the invention is that an adjustment device that influences the length of the flushing hose is arranged at the end of the flushing hose between the pressure medium connection and the last of the segments forming the drill string. This adjustment device compensates for a certain unavoidable elongation of the flushing hose, so that the disadvantages described at the beginning that occur with the elongation of the flushing hose are avoided.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in den Zeichnungen dargestellt und wird im nachfolgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawings and is described in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine teilweise Darstellung des aus ineinandergreifenden Segmenten zusammensetzbaren Bohrstanges,Figure 1 shows a partial representation of the drill rod which can be assembled from interlocking segments,
Figur 2 eine teilweise und geschnittene Darstellung des mehrschichtigen Spülschlauchs,Figure 2 is a partial and sectional view of the multilayer flushing hose,
Figur 3 einen Schnitt durch das den Spülschlauch aufnehmende Führungssegment eines Bohrstranges undFigure 3 shows a section through the guide segment of a drill string that accommodates the flushing hose and
Figur 4 eine im Schnitt dargestellte Anordnung der am Ende des Spülschlauchs auf diesem angeordneten Verstelleinrichtung.Figure 4 shows a sectional view of the adjustment device arranged at the end of the flushing hose.
Wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 zu entnehmen ist, weisen die den Bohrstrang 1 bildenden und im Inneren den Spülschlauch 4 aufnehmenden Segmente 2 jeweils aus Zähnen 9 und mit den Zähnen 9 korrespondierende Vertiefungen 10 aufweisende Verbindungsteile 3 auf. Um eine ausreichende Stabilität der ineinandergreifenden Verbindungsteile 3 zu gewährleisten, weisen die Segmente eine Dreier-Verzahnung auf. Die Zähne 9 sind ebenso, wie die Ausnehmungen 10, die miteinander korrespondieren,' in Drehrichtung mit Kanten 11 ausgestattet. An den in Drehrichtung abgewandten Kanten sind die Zähne 9 bzw. die Vertiefungen 10 mit Abschrägungen 12 versehen, die ein leichteres Ineinandergreifen der Verbindungselemente 3 ermöglichen.As can be seen in the embodiment according to Figure 1, the segments 2 forming the drill string 1 and accommodating the flushing hose 4 inside each have connecting parts 3 made of teeth 9 and recesses 10 corresponding to the teeth 9. In order to ensure sufficient stability of the interlocking connecting parts 3, the segments have a three-tooth system. The teeth 9, like the recesses 10, which correspond to one another, are equipped with edges 11 in the direction of rotation. On the edges facing away from the direction of rotation, the teeth 9 and the recesses 10 are provided with bevels 12, which enable the connecting elements 3 to mesh more easily.
Der in den Segmenten 2 verlaufende, und die Zugkräfte übertragende Spülschlauch 4 ist in einer teilweise offenen Darstellung in Figur 2 wiedergegeben. Der Spülschlauch 4 weist im Inneren einen Kunststoffschlauch 5 auf, auf dem eng aneinanderliegende Runddrähte 6 spiralförmig mit einer sehr großen Steigung aufgewickelt sind. Auf der Schicht aus Runddrähten 6, die aufgrund der großen Steigung wenig Längung erlaubt, ist der Spirale entgegengesetzt gewickelt in Abstand a ein Flachdraht 7 gewickelt. Der Flachdraht 7 ist wiederum von einer Außenschicht 8 eingefaßt, die aus Kunststoff besteht.The flushing hose 4, which runs in the segments 2 and transmits the tensile forces, is shown in a partially open view in Figure 2. The flushing hose 4 has a plastic hose 5 inside, on which round wires 6, which are close to one another, are wound in a spiral shape with a very large pitch. On the layer of round wires 6, which allows little elongation due to the large pitch, a flat wire 7 is wound opposite to the spiral at a distance a. The flat wire 7 is in turn enclosed by an outer layer 8, which is made of plastic.
In Figur 3 ist in einer teilweise und geschnittenen Darstellung das Führungssegment 13 des Bohrstranges 1 im Prinzip dargestellt.In Figure 3, the guide segment 13 of the drill string 1 is shown in principle in a partial and sectional view.
Am vorderen Ende weist das Segment 13 eine Ausnehmung 14 mit einem Innengewinde 15 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Bohrkrone auf. Das Führungs segment 13 ist mit einer Querschnittserweiterung 21 versehen, in der eine den Spülschlauch 4 aufnehmende Hülse 17 drehbar verlagert ist. Im vorderen zur Bohrkrone gerichten Teil der Hülse 17 ist eine konische Erweiterung 18 angeordnet. In der konischen Erweiterung 18 ist Raum für die um 180° Umbiegung 16 der Runddrähte 6, die zusätzlich in eine' Kunstharzmasse eingegossen ist.At the front end, the segment 13 has a recess 14 with an internal thread 15 for receiving a drill bit (not shown). The guide segment 13 is provided with a cross-sectional extension 21 in which a sleeve 17 receiving the flushing hose 4 is rotatably displaced. In the front part of the sleeve 17 directed towards the drill bit, a conical extension 18 is arranged. In the conical extension 18 there is space for the 180° bend 16 of the round wires 6, which is additionally cast in a synthetic resin mass.
Um bei Auftreten von entsprechenden Zugkräften eine Querschnitt sverengung im Spülschlauch 4 zu vermeiden, ist den Innenschlauch 5 umgebend in den vorderen Bereich eine Zwischenhülse 19 eingesetzt. Am Ende der Erweiterung 21 wird in dem Führungssegment 13 eine umlaufende Lagerfläche 22 gebildet, wobei zwichen der Lagerfläche 22 und der Hülse 17 ein Druckring 20, beispielsweise aus Messing, angeordnet ist. Die Gestaltung der den Spülschlauch 4 aufnehmenden Hülse 17 und deren Lagerung erlaubt das Drehen der Segmente um den Bohrstrang und gleichzeitig die Übertragung von entsprechenden Zugkräften.In order to avoid a narrowing of the cross-section in the flushing hose 4 when corresponding tensile forces occur, an intermediate sleeve 19 is inserted in the front area surrounding the inner hose 5. At the end of the extension 21, a circumferential bearing surface 22 is formed in the guide segment 13, with a pressure ring 20, for example made of brass, being arranged between the bearing surface 22 and the sleeve 17. The design of the sleeve 17 that holds the flushing hose 4 and its bearing allows the segments to rotate around the drill string and at the same time to transmit corresponding tensile forces.
Das Ende des Spülschlauchs 4 ist in einem Schnitt in Figur 4 wiedergegeben. Um den Spülschlauch 4 in der Länge den jeweiligen Gegebenheiten anpassen zu können, ist auf dem Spülschlauch 4 eine Verstelleinrichtung 24 vorgesehen. Diese besteht im wesentlichen aus einer Spannhülse 25, in der verschraubbar eine Spannstange 26 angeordnet ist, die wiederum in der Position durch Klemmelemente 28 auf dem Bohrstrang 4 in der Position festsetzbar ist. Die Klemmelemente 28 bestehen aus jeweils zwei Halbschalen, die über entsprechende Schrauben 30 miteinander verbunden sind. Zweckmäßigerweise sind die Klemmelemente 28 um 90° versetzt angeordnet.The end of the flushing hose 4 is shown in a section in Figure 4. In order to be able to adapt the length of the flushing hose 4 to the respective conditions, an adjustment device 24 is provided on the flushing hose 4. This essentially consists of a clamping sleeve 25 into which a clamping rod 26 is arranged so that it can be screwed, which in turn can be fixed in position on the drill string 4 by clamping elements 28. The clamping elements 28 each consist of two half-shells which are connected to one another by corresponding screws 30. The clamping elements 28 are expediently arranged offset by 90°.
Am Ende des Spülschlauchs 4 ist zwischen dem Innenschlauch 5 und den Runddrähten 6 ein Druckmittelanschlußrohr 31 eingesetzt, das am Ende ein Gewinde 32 zur Aufnahme eines Druckmittelanschlußes 23 aufweist.At the end of the flushing hose 4, between the inner hose 5 and the round wires 6, a pressure medium connection pipe 31 is inserted, which has a thread 32 at the end for receiving a pressure medium connection 23.
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Legal Events
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